Проходной вихретоковый преобразователь для неразрушающего контроля Советский патент 1984 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к неразрушающему контролю в. динамическом режиме физико-т еханических свойств изделий с большим размагничивающим фак тором, например, деталей подшипников Наиболее близким по те:шической сущности к предлагаемому является проходной вихретоковый преобразователь для неразрушанлдего контроля, со держащий концентрично расположенные возбуждающую катушку с неравномерным слом витков, приходящихся на един цу ее длины, и цилиндрическую изме рительную катушку, выполненную с рав номерной плотностью намотки на единицу длины. Через проходную полость преобразователя движутся последовательно по одному контролируемые изделия ij . Однако производительность контроля этим преобразователем недостаточна, так как не обеспечивается оптимальное (минимальное) отношение рас стояния между смежными контролируемь1ми изделиями к скорости их движения, .определяющее время контроля одного изделия и следовательно его производительность. Это связано с неоптимапьностью сонструктивных параметров измерительной катушки. Цель изобретения - повышение производительности контроля. Для достижения поставленной цели в проходном вихретоковом преобразов теле для неразрушакщего контроля содержащем концентрично расположенные возбуждающую катушку с неравномбрньм числом витков, приходящихся на единицу ее длины, и цилиндрическую измерительную катушку, выполненную с равномерной Ш1ОТНОстью намотки на единицу длины, длину .образукядей цилиндрической измерительной катушки выбирают в зависимости от поперечных размеров ее направляющей из вьгражения4,,0, а толщина намотки удовлетворяет соот ношению И 04-i-iO,1, где TI - половина длины образующей;. fj - эквивалентный средний радиус измерительной катушки; о г- толщина намотки измерительно катушки. Выполненный с такими соотнощениями размерор измерительной катушки : преобразователь обеспечивает мини- мальное время контроля одного изделия за счет повышения предельно допустимой скорости движения по сравнению с увеличением расстояния между смежными объектами контроля. На фиг.1 изображен проходной вихретоковый преобразователь с движущимися через него шарами; на фиг.2 зависимости нормированных расстояния между смежными контролируемыми деталями, обеспечивающего не более 1% влияния на выходной сигнал преобразователя, смежного с контролируемой деталью, предельно допустимой скорости движения контролируемых изделий и времени контроля одного изделия от относительной длины измерительной ка тушки; на фиг.З - типы исследованных измерительных катушек; на фиг.4 - зависимости нормированных времен контроля одного изделия от конструктивных параметров исследованных типов измерительных катушек. Преобразователь (фиг.1) состоит из концентрично расположенных возбуждающей и измерительной катушек 1 и 2. Формапоперечного сечения (окна) обеих катушек может быть произвольной в зависимости от формы контролируемых изделий. В этом случае, поперечные размеры измерительной катушки 2 можно охарактеризовать с помощью эквивалентного среднего радиуса , совпадающего со средним радиусом круговой измерительной, катушки, имеющей такую же площадь поперечного сечения. Возбуждающая, катушка 1 выполнена так, что число витков, приходящихся на единицу длины, неравномерно и возрастает от середины к краям катушки. За счет этого в проходной по- лости преобразователя создается однородное .намагничивающее поле. Измерительная катушка 2 выполнена с равномерной плотностью намотки на единицу длины виток к витку и создает, замкнутую цилиндрическую поверхность. Образующая этой поверхности выбрана в зависимости от поперечных размеров ее направляющей, характеризуемой радиусом г, из выражения 4, 5,0 Толщина намотки измерительной катушки 2 удовлетворяет соотношению О -i- 0,1. Протяженность возбуждакяцей катуш- ки 1 выбирается исходя иэ создания участка однородного намагничивающего поля не мен€е длины измерительной катушки 2, Контролируемые изделия обозначены позициями 3-5, Преобразователь работает следующим образом. С помощью специально транспортирующего устройства или под действием сил тяжести контролируемые изделия 3-5 (фиг,) по одному последовательно поступают в преобразователь с оп- ределенной скоростью V , РасстояниеИ между соседними контролируемыМИ изделиями выбрано изфасчета ис. ключения влияния с допустимой погреш ностью на результаты контроля одного из изделий, предшествующего и последующего ему изделий, В свою очередь, скорость V движения изделий также выбрана из расчета допустимых динамических погрешностей при контроле, В -зависимости от физико-механических свойств изделий изменяются частотноамплитудно-фазовые характеристики вы ходного сигнала преобразователя. Они фиксируются соответствующим индикато ром сигналов, подключенным к измерительной катушке. При такой схеме время контроля одного изделия, харак теризующее производительность, определяется выражением Т Z/V.. При увеличении длины измерительно катушки (фиг,2) увеличивается допустимое расстояние 7. между изделиями шарами (кривая 6), приводящее к одному и тому же влиянию на сигнал преобразователя смежных с контроля руемым изделием 4 изделий 3 и 5, Увеличивается также предельно допус- тимая скорость движения изделий (кри вая 7), Степень увеличения последней превьш1ает соответствуннцее увеличение Z . Поэтому время контроля одног изделия (кривая в) уменьшается. Наиболее эффективно на уменьшение Т ока зывает увеличение h/ Г Д° диапазона 4,0 h/r,$5,0. Для этих значенийЬ/Гэ время контроля уменьшается, соответственно, в 1,9 и 2 раза по сравнению с короткой измерительной катушкой. Увеличение Ь/г свыше указанного диапазона не приводит к существенном уменьшению Т, в то время как относительная вносимая ЭДС измерительной катушки преобразователя уменьшается. Экспериментальные данные (.кривая 9) Подтверждают результаты расчета. Ограничения, накладываемые на | толщину слоя намотки измерительной катушки, связаны с тем, что при ее увеличении (увеличении наружного радиуса катушки) степень изменения 7 превьшзает изменение V при тех же допустимых погрешностях. Указанный диапазон толщины слоя намотки реаль- шли для практического выполнения катушки и не приводит к существенному изменению Т, Кроме того, преобразователь позволяет достичь большей производительности по сравнению с другими преобразователями, имеющими другие формы измерительных катушек, Для подтверждения этого проведены расчеты для следующих форм измерительных катушек Гфиг,3), Катушка 10, назовем ее элементарной, характеризуется двумя параметрами г и , катушка 11 (дисковая) - наружным н и внутренним г радиусами; катушка 12 (двойная элементарная) составлена из двух элементарных с nor. следовательным согласным включением витков Гд , о и расстоянием 2(j между обмотками катушки. Катушка 13 /векторно-разностная составлена из двух цилиндрических (каждая из которых аналогична катушке предлагаемого преобразователя с последовательным встречным включением витков и характеризуется параметрами: h ,8 fn иг Катушкам на фиг,4 соответствуют кривые: 14 - элементаоной 15 - дисковой; 16 - двойной элементарнойj :17 - .векторно-разностной, I Результаты расчетов показывают, что при увеличении параметров измерительных катушек время для элементарной катушки не меняется /кривая 14); для дисковой - увеличивается. Сравнение этих кривых с кривой 8 на фиг,2, показывает, что наименьшее время контроля достигается при использовании преобразователя с цилиндрической измерительной катушкой при 4,, 5,0, Использованце преобразователя повышает производительность контроля без снижения его точности и расширяет диапазон размеров контролируемых изделий.

Кт

25

2.5ГТ 17 25--го :х 20-1.6 /«5 W М . W

01 Oi 3 ThTr

. и

Риг.2

w

i

ПРОХОДНОЙ ВИХРЕТОКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ , содержащий концентрично расположенные возбуждающую катушку с неравномерным числом витков, приходящихся на единицу ее длины, и цилиндрическую измерительную катушку, выполненную с равномерной плотностью намотки на , единицу длины, отличающийс я тем, что, с целью повышенияiпроизводительности контроля, длину обра- зуняцей поверхности измерительной катушки выбирают в зависимости от поперечных размеров ее направляющей из выражения 4,,0, а толщина намотки удовлетворяет соотношению 0 8/г, 0,1, где h - половина длины образующей; РЭ эквивалентный средний радиус измерительной катушки; О - толщина намотки измерительной| катушки.

иг.З